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Structure de la matière - 4e

Classe:

Quatrième

Situation problème

Cette photographie est celle d'une ville ; on y distingue à priori :

des bâtiments imposants dans un relief boisé au bord d'une mer avec sa belle plage.

I- Particule de matière

I-2. Expérience et observation

Observation 1

En versant un peu d'alcool dans un récipient, il

s'évapore au bout de quelques minutes et son

odeur envahit la saille.

Observation 2

En mettant un morceau de sucre ou sel dans de

l'eau et en remuant, le sucre ou le sel se dissout

L'eau est alors sucrée ou salée

Observation 3

En ajoutant quelques millilitres de colorant

dans de l'eau, en remuant, l'eau se colore

I-3. Interprétation

L'alcool, le sel, le sucre et le colorant sont constitués de particules très petites qui se sont dispersées assez rapidement dans leurs milieux respectifs.

Toutes ces expériences montrent alors que la matière, qu'elle soit liquide solide ou gaz, est constituée de grains qui peuvent se disperser : la matière est discontinue.

II- Différents types de grains de matière

II-1. Molécules

L'eau et le sucre et l'alcool sont constitués de petites particules électriquement neutres appelées molécules :

ce sont des composés moléculaires.

La molécule est la plus petite partie d'un corps pur qui puisse exister à l'état individuel et isolé tout en conservant la composition du corps pur.

II-2. Atomes

a) Notion d'atome

L'électrolyse de l'eau permet de la décomposer en deux gaz :

le dioxygène et le dihydrogène.

Ces deux gaz sont constitués respectivement de molécules de dioxygène et de dihydrogène.

La molécule d'eau est par conséquent constituée de particules plus petites qui peuvent s'assembler autrement pour donner ces gaz.

Ces particules sont appelées atomes.

Par exemple la molécule de dihydrogène est constituée de deux atomes d'hydrogène comme son nom l'indique ; de même, celle de dioxygène est faite de deux atomes d'oxygène.

Illustration par des modèles atomiques et moléculaires :

les atomes sont représentés par des boules sphériques de différentes couleurs et de différents diamètres, les molécules par ...

b) Structure de l'atome

L'atome comprend deux parties : un noyau central et, autour de ce dernier, un nuage électronique.

$\bullet\ $ Le noyau est chargé positivement.

Il concentre l'essentiel de la masse de l'atome bien que sa taille soit très petite par rapport à celle de l'atome.

$\bullet\ $ Le nuage électronique, de charge négative, est constitué d'électrons qui gravitent autour du noyau.

Sa masse est très petite par rapport à celle de l'atome ou du noyau.

Dans un atome, la charge électrique positive du noyau est égale à la valeur absolue de la charge du nuage électronique : la charge globale de l'atome est nulle.

On dit que l'atome est électriquement neutre.

II-3. Ions

a) Notion d'ion

$\bullet\ $ Expérience et observations

Dispositif expérimental

On réalise un circuit comprenant un générateur, une ampoule

et un électrolyseur contenant de l'eau sucrée

On réalise un circuit comprenant un générateur, une ampoule

et un électrolyseur contenant de l'eau salée

Observations :

on constate que la lampe du circuit comprenant l'eau salée (figure b) s'allume alors que celle du circuit comprenant l'eau sucrée est éteinte.

$-\ $ La lampe de la figure (b) s'allume car l'eau salée est traversée par le courant électrique.

Elle contient des grains de matières qui permettent le passage du courant : on les appelle : ions.

Ces ions forment le sel appelé chlorure de sodium.

C'est un composé ionique qui a deux ions : l'ion chlorure et l'ion sodium.

$-\ $ Par contre la lampe de la figure (a) ne s'allume pas parce que l'eau sucrée n'est pas traversée par le courant électrique : elle contient des grains de matières qui ne permettent pas le passage du courant :

on les appelle molécules.

b) Définition d'un ion

Les ions sont classés en deux groupes :

les ions positifs appelés cations et les ions négatifs appelés anions

$\bullet\ $ Les cations : Un cation est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu un ou plusieurs électrons.

Exemple :

$$\begin{array}{|l|l|l|}\hline\text{Cations}&&\\ \hline&&\text{L'atome de sodium perd un électron}\\ \text{Na}^{+}&\text{Ion sodium}&\text{et donne l’ion sodium qui porte}\\&&\text{une charge positive excédentaire.}\\ \hline&&\text{L'atome d’aluminium perd trois électrons}\\ \text{Al}^{3+}&\text{Ion aluminium}&\text{et donne l’ion aluminium qui porte}\\&&\text{trois charges positives de plus}\\ \hline\text{H}_{3}\text{O}^{+}&\text{Ion hydronium}&\\ \hline \text{NH}^{+}_{4}&\text{Ion ammonium}&\\ \hline\end{array}$$

$\centerdot$ Les anions : Un anion est un atome ou un groupe d'atomes qui a gagné un ou plusieurs électrons.

Exemple :

$$\begin{array}{|l|l|l|}\hline\text{Anions}&&\\ \hline&&\text{L'atome de chlore gagne un électron}\\&&\text{et donne l'ion chlorure qui porte une charge}\\ \text{Cl}^{-}&\text{Ion sodium}&\text{négative excédentaire.}\\&&\text{Cet ion se retrouve dans le sel de cuisine.}\\&&\text{Cet ion est caractéristique du goût salé du sel de cuisine}\\ \hline&&\text{L'atome d'oxygène gagne deux électrons}\\ \text{O}^{2-}&\text{Ion aluminium}&\text{et donne l'ion oxo qui porte}\\&&\text{deux charges négatives de plus}\\ \hline\text{OH}^{-}&\text{Ion hydroxyde}&\\ \hline\text{NO}^{-}_{3}&\text{Ion nitrate}&\\ \hline\text{SO}^{2-}_{4}&\text{Ion sulfate}&\\ \hline\text{CO}^{2-}_{3}&\text{Ion carbonate}&\\ \hline\end{array}$$

III- Élément chimique

III-1. L'élément carbone

a) Combustion du charbon de bois

Expérimentons et observons.

Le charbon de bois est pratiquement formé de carbone.

Chauffons un morceau de charbon de bois dans la flamme d'un bec de gaz (bec bunsen ou autre) et portons le ainsi à incandescence.

Introductions ainsi le ainsi dans un flacon rempli de dioxygène.

Il brule avec une très vive incandescence sans produire de flamme.

Il ne se forme pas de buée.

Une fois la combustion terminée, versons de l'eau de chaux dans le flacon, puis agitons ce dernier.

L'eau de chaux initialement limpide se trouble avec l'apparition d'un précipité blanc : le carbonate de calcium

Expliquons :

Le trouble de l'eau de chaux indique la présence de dioxyde de carbone, unique produit de la combustion du charbon de bois.

Concluons

du carbone et du dioxygène (gaz incolore) ont disparu ; du dioxyde de carbone (gaz incolore) s'est formé

b) Faisons réapparaitre le carbone

Expérimentons et observons.

Un ruban de magnésium enflammé à l'air continue à bruler quand on le plonge dans le dioxyde de carbone.

Il apparait une fumée noire constitue par du carbone et une poudre blanche appelée magnésie.

C'est cette même poudre blanche qui se forme lorsque le ruban de magnésium brule à l'air

Expliquons :

la matière qui constitue le carbone est restée puisqu'elle a formé la fumée noire observée.

c) L'élément carbone

Nous appellerons élément carbone cette matière qui est présente dans le charbon, le dioxyde de carbone, le carbonate de calcium, la fumée noire et bien d'autres corps.

III-2. Les éléments chimiques et leurs symboles

Il existe environ une centaine d'éléments chimiques.

Certains sont très connus : fer, carbone, oxygène, etc...

D'autres le sont moins. Certains éléments comme le plutonium n'existent pas dans la nature :

ils sont fabriqués par l'homme. On dit qu'ils sont artificiels.

a) Symboles des éléments

On représente un élément chimique par un symbole.

Généralement c'est la première lettre en majuscule du nom actuel ou ancien d'origine latine.

Lorsque plusieurs éléments commencent par la même lettre, on ajoute à certains une deuxième lettre en minuscule.

Exemples de symboles avec une lettre

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Nom}&\text{Carbone}&\text{Oxygène}&\text{Phosphore}&\text{Soufre}&\text{Fluor}&\text{Azote}&\text{Potassium}\\ & & & & & &\text{(nitrogène)}&\text{(kalium)}\\ \hline \text{Symbole}&\text{C}&\text{O}&\text{P}&\text{S}&\text{F}&\text{N}&\text{K}\\ \hline \end{array}$$

Exemples de symboles d'éléments commençant par la même lettre

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Nom}&\text{Aluminium}&\text{Or (aurium) 1}&\text{Argon}&\text{Calcium}&\text{Chlore}&\text{Cuivre}&\text{Sodium}&\text{Néon}&\text{Nickel}\\ & & & & & & &\text{(natrium)}& &\\ \hline \text{Symbole}&\text{Al}&\text{Au}&\text{Ar}&\text{Ca}&\text{Cl}&\text{Cu}&\text{Na}&\text{Ne}&\text{Ni}\\ \hline \end{array}$$

Remarque :

Le symbole de l'élément représente l'élément et un atome de l'élément.

b) Formules chimiques

Les corps purs sont représentés par des formules chimiques.

Une formule chimique renseigne sur les éléments et le nombre d'atomes de chaque élément présent dans ce corps.

Exemples :

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline\text{Nom}&\text{Dioxygène}&\text{Dihydrogène}&\text{Chlorure}&\text{Eau}&\text{Soude}&\text{Glucose}&\text{Sulfate}\\&&&\text{de sodium}&&&&\text{d'aluminium}\\ \hline\text{Formule}&\text{O}_{2}&\text{H}_{2}&\text{NaCl}&\text{H}_{2}\text{O}&\text{NaOH}&\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}&\text{Al}_{2} (SO_{4})_{3}\\ \hline\end{array}$$

III-3. Corps purs simples et corps purs composés

a) Corps purs simples

Un corps pur est dit simple s'il est constitué à partir d'atomes d'un seul élément.

Exemples :

Dioxygène $(O_{2})$, Dihydrogène $(H_{2})$, Diazote $N_{2}$, les gaz rares (Néon $(Ne)$, Hélium $(He)$, Argon $(Ar)$...), Ozone $(O_{3})$, fer $(Fe)$...

b) Corps pur composé

Un corps pur est dit composé s'il est constitué à partir d'atomes de plusieurs éléments

Exemples :

Eau $(H_{2}O)$, Chlorure d'hydrogène $(HCl)$, gaz carbonique $(CO_{2})$, Soude $(NaOH)$, Glucose $(C_{12}H_{22}O_{11})\ldots$

Conclusion

La matière a une structure lacunaire, elle est formée de petites particules électriquement neutres appelées molécules.

Les molécules sont constitues d'atomes.

L'atome est formé d'un noyau chargé positivement et d'un nuage électronique chargé négativement.

Les atomes et les molécules peuvent gagner ou perdre des électrons et devenir des ions.

Il existe deux types d'ions : ion positif (cation) ; ion négatif (anion).

Les corps purs simples sont formés d'un seul type d'atomes appelé élément chimique.

L'élément est représenté par un symbole chimique.

Les corps purs composés sont formés de plusieurs éléments chimiques.

Il existe une centaine d'éléments naturels.

Source:

irempt.ucad.sn

Commentaires

Ousmane sankhare (non vérifié)

sam, 01/11/2020 - 09:34

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Formulaire de recherche

Situation problème

I- Particule de matière

I-2. Expérience et observation

Observation 1

Observation 2

Observation 3

I-3. Interprétation

II- Différents types de grains de matière

II-1. Molécules

II-2. Atomes

a) Notion d'atome

b) Structure de l'atome

II-3. Ions

a) Notion d'ion

Observations :

b) Définition d'un ion

Exemple :

Exemple :

III- Élément chimique

III-1. L'élément carbone

a) Combustion du charbon de bois

Expliquons :

Concluons

b) Faisons réapparaitre le carbone

Expliquons :

c) L'élément carbone

III-2. Les éléments chimiques et leurs symboles

a) Symboles des éléments

Remarque :

b) Formules chimiques

Exemples :

III-3. Corps purs simples et corps purs composés

a) Corps purs simples

Exemples :

b) Corps pur composé

Exemples :

Conclusion

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